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[经验分享] linux磁盘及文件系统管理

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发表于 2016-3-14 08:51:20 | 显示全部楼层 |阅读模式

写在前面:

    博客书写牢记5W1H法则:What,Why,When,Where,Who,How。


本篇主要内容:

磁盘相关概念罗列
磁盘接口类型
机械式硬盘相关概念
设备文件命名与接口类型识别
磁盘分区格式:MBR与GTP
文件系统相关概念及VFS
磁盘相关命令详解
fdisk
ln
mkfs/mke2fs
e2label
tune2fs
dumpe2fs
fsck/e2fsck
blkid
swap分区
mkswap
swapon
swapoff
文件系统挂载
mount
umount
开机挂载
   /etc/fstab配置
文件系统、目录容量统计
df
du


(一)磁盘相关概念罗列:

硬盘速率单位:
   bps:bits per second
   Bps:Bytes per second

磁盘接口类型:
   并口:同一线缆可以接多块设备:
      IDE:两个,主(master)/从(slave),133MB/s
      SCSI:宽带16-1个;窄带:8-1个。Ultrascsi320, 320MB/S, UltraSCSI640, 640MB/S
   串口:同一线缆只可以接一个设备;
      SATA:串口,6gbps
      SAS:串口,6gbps
      USB:串口,480MB/s

机械式硬盘相关概念:
   机械硬盘里面有一或多个盘片,每个盘片两面都有磁头,2磁头同一个机械臂,同步运动
   track:磁道。硬盘磁片上同一个同心圆扇区组成的圆
      如:windows的C盘其实是最外围的磁道
   sector:扇区。磁盘的最小物理存储单位。
      扇区大小有两种:512bytes和4Kbytes,一般也都为512bytes
   cylinder:柱面。由于磁盘里面可能有多个磁盘,多个同心圆扇区组合成的圆。
      分区划分基于柱面

设备类型回顾:
   块(block):随机访问,数据交换单位为“块”。
   字符(character):线性访问,数据交换单位为“字符”。

设备文件命名:
   linux设备文件在/dev/目录下,起到关联设备驱动程序,提供设备访问入口的功能。
   设备号:
      major:主设备号。区分设备类型,用于标明设备所需的驱动程序;
      minor:次设备号。区分同种类型下的不同设备;是特定设备访问入;
      如:/dev/sda,其中sd就是主设备号,a就是次设备号

磁盘接口类型的识别:
   IDE: /dev/hd[a-z]
      例如:/dev/hda, /dev/hdb
   SCSI, SATA, USB, SAS: /dev/sd[a-z]
   分区:
      /dev/sda#:/dev/sda1, ...
   注意:CentOS 6、7统统将硬盘设备文件标识为/dev/sd[a-z]#

引用设备分区方式:
   设备文件名(即设备路径)。如/dev/sda1
   卷标(LABEL)。如MYDATA
   UUID。唯一标示,随机生成的一长串字符。如“6a3c5155-7e5f-42c6-8479-da6afcbfb442”

磁盘分区格式:
   第一扇区记录了分区格式信息
   MBR:(Master Boot Record)
      记录于第一扇区,由于老的硬盘扇区大小都是512bytes,所以MBR占用512bytes空间:按照每个扇区512bytes计算,MBR只能支持到大概2.2TB的空间,再大则无法识别其余部分。也可以增加扇区大小来缓解MBR这方面的不足,使其支持更大的空间。
         446bytes:bootloader, 程序,引导启动操作系统的程序;
         64bytes:分区表,每16bytes标识一个分区,一共只能有4个分区
            4主分区
            3主1扩展:n逻辑分区
         2bytes:MBR区域的有效性标识;55AA为有效;
   GPT:(GUID Partition Table)
      GPT将磁盘所有区块以LBA(由于新硬盘有些以4Kbytes为一个扇区,所以统一将512bytes叫做一个LBA)来规划,GTP使用34个LBA区块来记录分区信息。另外,整个磁盘的最后33个LBA也拿来作为另一个备份。
         LBA0;记录了整个磁盘采用GPT格式
         LBA1:记录了整个分区表的位置和大小,以及备份用的GPT分区的位置
         LBA2-33:记录每条分区的相关信息
            每个LBA有512bytes,用来记录4个分区信息,所以每个分区占用128bytes。除了记录标示符和相关信息外,每条记录分别提供64bites来记录开始/结束的扇区号码。因此其最大容量限制为:2^64*512bytes=2^63*1Kbytes=2^33TB=8ZB,其中1ZB=1^30TB。另外,由于有32个LBA存储分区记录,所以最多可以有32*4=128个分区!

文件系统相关概念:
   格式化:低级格式化(分区之前进行,划分磁道)、高级格式化(分区之后对分区进行,创建文件系统)
   元数据区,数据区
      元数据区:
         文件元数据:inode (index node)
            大小、权限、属主属组、时间戳、数据块指针
         目录元数据:
            与文件元数据类似
         目录数据区:
            存储了本目录下所有文件名和对应inode号码
         注意:元数据区并没有存储文件名,文件名是存储在目录所在的数据区的。

   符号链接文件:存储数据指针的空间当中存储的是真实文件的访问路径;
   设备文件:存储数据指针的空间当中存储的是设备号(major, minor);

   bitmap index:位图索引

   VFS: Virtual File System
      Linux的文件系统: ext2(无journal功能,即无日志), ext3, ext4, xfs, reiserfs, btrfs
      光盘:iso9660
      网络文件系统:nfs, cifs
      集群文件系统:gfs2, ocfs2
      内核级分布式文件系统:ceph
      windows的文件系统:vfat, ntfs
      伪文件系统:proc, sysfs, tmpfs, hugepagefs
      Unix的文件系统:UFS, FFS, JFS
      交换文件系统:swap
      用户空间的分布式文件系统:mogilefs, moosefs, glusterfs

(二)硬盘相关命令详解
fdisk
   Partition table manipulator for Linux
   fdisk -l [-u] [device...]
   fdisk device
   fdisk提供了一个交互式接口来管理分区,它有许多子命令,分别用于不同的管理功能;所有的操作均在内存中完成,没有直接同步到磁盘;直到使用w命令保存至磁盘上
   常用命令:
      n:创建新分区
      d:删除已有分区
      t:修改分区类型
      l:查看所有已经ID
      w:保存并退出
      q:不保存并退出
      m:查看帮助信息
      p:显示现有分区信息

   注意:在已经分区并且已经挂载其中某个分区的磁盘设备上创建的新分区,内核可能在创建完成后无法直接识别;

   查看:cat  /proc/partitions
   通知内核强制重读磁盘分区表:
      CentOS 5:partprobe [device]
      CentOS 6,7:partx, kpartx
         partx -a [device]
         kpartx -af [device]
                                               
其他分区创建工具:parted、sfdisk、cfdisk、gdisk(专为GPT分区的工具)

链接文件:ln命令
   访问同一个文件不同路径;
   硬链接:指向同一个inode的多个文件路径;
      特性:
         (1) 目录不支持硬链接;
         (2) 硬链接不能跨文件系统;
         (3) 创建硬链接会增加inode引用计数;
      创建:
         ln  src  link_file

   符号链接指向一个文件路径的另一个文件路径;
      特性:
         (1) 符号链接与文件是两人个各自独立的文件,各有自己的inode;对原文件创建符号链接不会增加引用计数;
         (2) 支持对目录创建符号链接,可以跨文件系统;
         (3) 删除符号链接文件不影响原文件;但删除原文件,符号指定的路径即不存在,此时会变成无效链接;
      注意:符号链接文件的大小是其指定的文件的路径字符串的字节数;
      创建:
         ln -s  src link_file
         -v:verbose
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  #在/tmp下新建/etc/fstab的硬链接文件并查看:
[iyunv@localhost ~]# lsblk
NAME                MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sr0                  11:0    1   61M  0 rom  
sda                   8:0    0  120G  0 disk
├─sda1                8:1    0  200M  0 part /boot
├─sda2                8:2    0   60G  0 part
│ ├─vg0-root (dm-0) 253:0    0   20G  0 lvm  /
│ ├─vg0-swap (dm-1) 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
│ ├─vg0-usr (dm-2)  253:2    0   10G  0 lvm  /usr
│ └─vg0-var (dm-3)  253:3    0   20G  0 lvm  /var
├─sda3                8:3    0    5G  0 part
├─sda4                8:4    0 31.5K  0 part
└─sda5                8:5    0   10G  0 part /mnt/mydata
[iyunv@localhost ~]# ls -l /etc/fstab
-rw-r--r-- 1 root root 921 Mar 12 11:56 /etc/fstab
[iyunv@localhost ~]# ln /etc/fstab /tmp/new.fstab
[iyunv@localhost ~]# ls -l /etc/fstab /tmp/new.fstab
-rw-r--r-- 2 root root 921 Mar 12 11:56 /etc/fstab
-rw-r--r-- 2 root root 921 Mar 12 11:56 /tmp/new.fsta
[iyunv@localhost ~]# ln /etc/fstab /var/fstab.bak
ln: creating hard link `/var/fstab.bak' => `/etc/fstab': Invalid cross-device link
  #通过lsblk可以看到/etc目录和/tmp目录都没有单独分区,也就是说这两个目录都是直接在/目录所在的分区的,即在同一个磁盘分区内,创建硬链接成功,两文件出文件名外都一样,inode引用计数由原来的1变为2。而在单独分区的/var目录则无法创建硬链接,不在同一分区。

  #创建软链接(symbolic link)测试
[iyunv@localhost ~]# ln -s /etc/fstab /tmp/fstab.symbolic-link
[iyunv@localhost ~]# ln -s /etc/fstab /var/fstab.symbolic-link
[iyunv@localhost ~]# ls -l /tmp/fstab.symbolic-link /var/fstab.symbolic-link
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Mar 12 20:25 /tmp/fstab.symbolic-link -> /etc/fstab
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Mar 12 20:25 /var/fstab.symbolic-link -> /etc/fstab
  #甚至在centOS7版本上根目录下的许多目录都是软链接而已
[iyunv@localhost ~]# ls -l /bin /lib /lib64 /sbin
lrwxrwxrwx. 1 root root 7 Mar  4 02:40 /bin -> usr/bin
lrwxrwxrwx. 1 root root 7 Mar  4 02:40 /lib -> usr/lib
lrwxrwxrwx. 1 root root 9 Mar  4 02:40 /lib64 -> usr/lib64
lrwxrwxrwx. 1 root root 8 Mar  4 02:40 /sbin -> usr/sbin
[iyunv@localhost ~]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)




文件系统管理工具:
   创建文件系统的工具
      mkfs
         mkfs.ext2, mkfs.ext3, mkfs.ext4, mkfs.xfs, mkfs.vfat, ...
   检测及修复文件系统的工具
      fsck
         fsck.ext2, fsck.ext3, ...
   查看其属性的工具
      dumpe2fs, tune2fs
   调整文件系统特性:
      tune2fs

内核级文件系统的组成部分:
   文件系统驱动:由内核提供
   文件系统箮理工具:由用户空间的应用程序提供

ext系列文件系统的管理工具:
   mkfs.ext2, mkfs.ext3, mkfs.ext4
      mkfs -t ext2 = mkfs.ext2
               
   mke2fs
   ext系列文件系统专用管理工具
   mke2fs [OPTIONS]  device
      -t fs-type:指明要创建的文件系统类型
         mkfs.ext4 = mkfs -t ext4 = mke2fs -t ext4
      -b block-size:指明文件系统的块大小,有效值为1024/2048/4096
      -L new-volume-label:指明卷标;
      -j:创建有日志功能的文件系统ext3;
         mke2fs -j = mke2fs -t ext3 = mkfs -t ext3 = mkfs.ext3
      -i bytes-per-inode,指明inode与字节的比率;即每多少字节创建一个Indode;
      -N number-of-inodes:直接指明要给此文件系统创建的inode的数量;
      -m reserved-blocks-percentage:指定预留的空间,百分比;默认5%

      -O [^]FEATURE:以指定的特性创建目标文件系统;
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  #在/dev/sda磁盘中新建一个分区,并格式化为ext4类型,指明块大小为4K,卷标为MYDATA,预留空间为2%。
[iyunv@localhost ~]# fdisk /dev/sda
...分区过程省略...
[iyunv@localhost ~]# partx -a /dev/sda
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 1
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 2
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 3
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 4
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 5
[iyunv@localhost ~]# cat /proc/partitions
major minor  #blocks  name

   8        0  125829120 sda
   8        1     204800 sda1
   8        2   62914560 sda2
   8        3    5252256 sda3
   8        4         31 sda4
   8        5   10490413 sda5
253        0   20971520 dm-0
253        1    2097152 dm-1
253        2   10485760 dm-2
253        3   20971520 dm-3
[iyunv@localhost ~]# mke2fs -b 4096 -L MYDATA -m 2 -t ext4 /dev/sda5
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Filesystem label=MYDATA
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
655776 inodes, 2622603 blocks
52452 blocks (2.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=2688548864
81 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8096 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632

Writing inode tables: done                           
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 31 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.




   e2label
   Change the label on an ext2/ext3/ext4 filesystem
   e2label device [ new-label ]
   是设置或查看卷标的命令
   实例:
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[iyunv@localhost ~]# e2label /dev/sda5
MTDATA
[iyunv@localhost ~]# e2label /dev/sda5 MYDATA
[iyunv@localhost ~]# e2label /dev/sda5
MYDATA




   tune2fs

   adjust tunable filesystem parameters on ext2/ext3/ext4 filesystems
   注意:块大小创建后不可修改。
   tune2fs [OPTIONS] device
      -l:查看超级块的内容
      -j:添加ext3的journal功能到文件系统,即改为ext3文件系统,但不会丢失数据
      -L volume-label:修改卷标
      -m reserved-blocks-percentage:调整预留空间
      -O [^]feature[,...]:开启或关闭某中特性
      -o [^]mount_options:开启或关闭某种默认挂载选项
         acl:开启acl
         ^acl:关闭acl
   dumpe2fs
      dump ext2/ext3/ext4 filesystem information
      显示ext系列文件系统属性信息
      -h:不输出块组信息
   实例:
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  #重新格式化刚才分区格式为ext2,并挂载到/mnt/mydata,然后使用tune2fs修改文件系统类型为ext3,修改卷标为MYDATA,修改预留空间为2%,并设置挂载时默认禁用acl。
[iyunv@localhost ~]# mkfs.ext2 /dev/sda5
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
655776 inodes, 2622603 blocks
131130 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=2688548864
81 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8096 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632

Writing inode tables: done                           
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 26 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.
[iyunv@localhost ~]# blkid /dev/sda5
/dev/sda5: UUID="92a982f0-3cf6-4388-ad92-1a4d8836db01" TYPE="ext2"
[iyunv@localhost ~]# mount /dev/sda5 /mnt/mydata/
[iyunv@localhost ~]# cp /var/log/messages /mnt/mydata/
[iyunv@localhost ~]# ls /mnt/mydata/
lost+found  messages
[iyunv@localhost ~]# tune2fs -j -L MYDATA -m 2 -o ^acl /dev/sda5
tune2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Setting reserved blocks percentage to 2% (52452 blocks)
Creating journal inode: done
This filesystem will be automatically checked every 26 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.
[iyunv@localhost ~]# mount -o remount /dev/sda5  /mnt/mydata
[iyunv@localhost ~]# blkid /dev/sda5
/dev/sda5: LABEL="MYDATA" UUID="92a982f0-3cf6-4388-ad92-1a4d8836db01" SEC_TYPE="ext2" TYPE="ext3"
[iyunv@localhost ~]# ls /mnt/mydata
lost+found  messages
[iyunv@localhost ~]# cd /mnt/mydata/
[iyunv@localhost mydata]# useradd fred
[iyunv@localhost mydata]# getfacl messages
# file: messages
# owner: root
# group: root
user::rw-
group::---
other::---

[iyunv@localhost mydata]# setfacl -m u:fred:rwx messages
setfacl: messages: Operation not supported




文件系统检测的工具:
   因进程意外中止或系统崩溃等 原因导致定稿操作非正常终止时,可能会造成文件损坏;此时,应该检测并修复文件系统; 建议,离线进行;
   ext系列文件系统:
      e2fsck
         check a Linux ext2/ext3/ext4 file system
         e2fsck [OPTIONS]  device
            -y:对所有问题自动回答为yes;
            -f:即使文件系统处于clean状态,也要强制进行检测
   fsck
      check and repair a Linux file system
      -t fstype:指明文件系统类型;
         fsck -t ext4 = fsck.ext4
      -a:无须交互而自动修复所有错误;
      -r:交互式修复;

centOS6.x使用xfs文件系统:
   使用yum或其他方式安装上xfs文件系统管理软件即可       
      yum -y install xfsprogs

blkid
   command-line utility to locate/print block device attributes
   blkid -L label | -U uuid:根据卷标或UID定位设备

(三)swap分区
   Linux上的交换分区必须使用独立的文件系统,且文件系统的System ID必须为82
   相关命令:
      mkswap
         创建swap分区
      swapon
         swapon  [OPTION]  [DEVICE]
         -a:启用定义在/etc/fstab文件中的所有swap设备;
      swapoff
         swapoff  [OPTION]  [DEVICE]
         -a:关闭定义在/etc/fstab文件中的所有swap设备;
   创建swap分区:
      分区并设置systemID为82 ---> mkswap格式化 ---> swapon [DEVICE]挂载并启用。
   实例:
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  #新建一个4G分区,并挂载为swap,设置开机挂载
[iyunv@localhost ~]# fdisk /dev/sda
...步骤省略,记得调整分区类型为82...
[iyunv@localhost ~]# kpartx -af /dev/sda
device-mapper: reload ioctl on sda1 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda1
device-mapper: reload ioctl on sda2 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda2
device-mapper: reload ioctl on sda3 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda3
device-mapper: reload ioctl on sda4 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda4
device-mapper: reload ioctl on sda5 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda5
device-mapper: reload ioctl on sda6 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda6
device-mapper: reload ioctl on sda7 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda7
device-mapper: reload ioctl on sda8 failed: Invalid argument
create/reload failed on sda8
[iyunv@localhost ~]# cat /proc/partitions
major minor  #blocks  name

   2        0          4 fd0
   8        0  125829120 sda
   8        1     512000 sda1
   8        2   41943040 sda2
   8        3   20971520 sda3
   8        4          1 sda4
   8        5    2098176 sda5
   8        6       1024 sda6
   8        7    5242880 sda7
   8        8    4194304 sda8
  11        0    1048575 sr0
[iyunv@localhost ~]# mkswap /dev/sda8
mkswap: /dev/sda8: warning: wiping old swap signature.
Setting up swapspace version 1, size = 4194300 KiB
no label, UUID=c9b73cc8-7371-4730-a39d-3ee08eff2a50
[iyunv@localhost ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            977         148         623           6         205         647
Swap:          2048           0        2048
[iyunv@localhost ~]# swapon /dev/sda8
[iyunv@localhost ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            977         151         620           6         205         644
Swap:          6144           0        6144
    #在/etc/fstab添加如下内容:
UUID=c9b73cc8-7371-4730-a39d-3ee08eff2a50 swap                    swap    defaults        0 0




(四)文件系统挂载:
   根文件系统这外的其它文件系统要想能够被访问,都必须通过“关联”至根文件系统上的某个目录来实现,此关联操作即为“挂载”;此目录即为“挂载点”;
   挂载点:mount_point。用于作为另一个文件系统的访问入口;
      (1) 事先存在;
      (2) 应该使用未被或不会被其它进程使用到的目录;
      (3) 挂载点下原有的文件将会被隐藏;

   mount
      mount a filesystem
      mount [-nrw] [-t vfstype] [-o options] device dir
         -a, --all:挂载所有/dev/fsab文件中指定的文件系统
         -r, --read-only:只读挂载
         -w, --rw:读写挂载
         -n:默认情况下,设备挂载或卸载的操作会同步更新至/etc/mtab文件中;-n用于禁止此特性;
         -L label:用卷标指定设备名
         -U uuid:用UID指定设备名
         -t, --types vfstype:指定挂载格式
         -o, --options opts:指定挂载选项
            sync/async:同步/异步操作;
            atime/noatime:文件或目录在被访问时是否更新其访问时间戳;
            diratime/nodiratime:目录在被访问时是否更新其访问时间戳;
            remount:重新挂载;
            acl:支持使用facl功能;
               # mount -o acl  device dir
               # tune2fs  -o  acl  device
            ro:只读
            rw:读写
            dev/nodev:此设备上是否允许创建设备文件;
            exec/noexec:是否允许运行此设备上的程序文件;
            auto/noauto:
            user/nouser:是否允许普通用户挂载此文件系统;
            suid/nosuid:是否允许程序文件上的suid和sgid特殊权限生效;               
            defaults:默认权限。
               包括rw, suid, dev, exec, auto, nouser, async, and relatime.
      查看所有挂载:
         (1)mount
         (2)cat /etc/mtab
         (3)cat /proc/mounts
      挂载光盘:
         mount -r dev/cdrom MOUNT_POINT
      挂载本地回环设备(iso,img)
         mount -o loop /LOOP_FILE MOUNT_POINT
   umount
      unmount file systems

   查看挂载点正在被谁占用:
      lsof MOUNT_POINT
      fuser -v MOUNT_POINT
   终止所有正在访问挂载点的进程
      fuser -km MOUNT_POINT

开机自动挂载:
   相关文件:/etc/fstab
   格式:每行定义一个挂载文件系统及相关属性
      挂载设备 挂载点 文件系统类型 挂载选项 转储频率 自检次序
      (1)挂载设备:
         可以是设备文件路径、LABEL=<label>、UUID=<uuid>、伪文件系统(如sysfs/proc/tmpfs等)
      (2)挂载点:
         swap的挂载点直接写“swap”即可
      (3)文件系统类型
      (4)挂载选项:
         多个选项以逗号分隔
      (5)转储频率:
         0:从不备份
         1:每天备份
         2:每隔一天备份
      (6)自检次序
         0:不自检
         1:首先自检,通常只有根文件设置为1
         2:次级自检
         ...

(五)文件系统、目录容量统计工具
   df
   report file system disk space usage
   df [OPTION]... [FILE]...
      -i, --inodes:显示inode使用情况
      -h, --human-readable
      --total:显示总结信息
      -l, --local:仅显示本地磁盘
      -t, --type=TYPE:仅显示指定文件系统类型的分区
      -T, --print-type:显示文件系统类型列
   du
   estimate file space usage
   du [OPTION]... [FILE]...
      -h, --human-readable
      -s, --summarize
      --max-depth=N


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